JP5668395B2 - 表面シートを用いたインサート成形用金型及び成形物の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は携帯電話やパソコンなどの電気機器の筐体、化粧品の容器や自動車の内装部品などプラスチックのインサート成形用金型及びその表面加飾に関し、特に加飾シート等の表面シートと樹脂とが一体となった成形物のインサート成形用金型及び成形と同時の表面シートを用いた加飾成形物の製造方法に関する。
近年プラスチック成形物の表面加飾は高い意匠性を要求されてきている。一般にプラスチック表面加飾は、直接印刷、転写印刷、箔押し、塗装、水圧転写といった成形品に対して後加工で加飾を行う方法と、インサート成形、インモールド成形といった射出成形と同時に加飾を行う方法とがある。加飾の対象となるプラスチック成形物が、平面状や絞りの小さい３次元形状の場合、上記いずれの方法でも加飾は可能であるが、成形物の絞りが深い形状の場合、水圧転写、およびインサート成形、インモールド成形といった成形同時加飾成形法が適している。
成形同時加飾成形法は高意匠性の付与を可能とし表現の幅が広い一方、射出成形における溶融樹脂の温度が高く、注入圧力が大きいため、加飾シート（表面シート）がダメージを受け、成形物の意匠性が損なわれる問題もある。
特許文献１では、肉盛部用凹部の面積が３〜１００mm2 、深さが０．５〜３mmである金型を使用することにより、課題の解決を図っている。しかしながら上記特許文献１では製品部に対する肉盛部用凹部の寸法割合に関する指定がないため、製品サイズが大きい場合、フィルムの溶融やインキ流れなど加飾シート（表面シート）のダメージを抑えきれなくなるという問題点がある。
本発明は、上記問題点を鑑み、インサート成形において、いかなる意匠シート、加飾シート、保護シート等の表面シートを用いる場合にも、またいかなるサイズの製品を成形する場合においても、表面シートにダメージを与えることなく成形物表面の高い意匠性を保持することが可能なインサート成形用金型の提供、および成形物の製造方法を提供することを課題とする。
上記課題を解決する手段として、本発明の請求項１に係る発明は、水平に動作する一対の金型に、予め前記金型の内面に沿った形状に予備成形した表面シートを設置し、型締めした後、前記表面シートと前記金型とで形成される金型内のキャビティに溶融した樹脂を射出させることにより、前記表面シートと前記樹脂とが一体化した成形物を得る加飾成形物の製造に用いるインサート成形用金型において、前記表面シートは、少なくとも加熱下で展延性を有する熱硬化性樹脂シート、光硬化性樹脂シート、電子線硬化性樹脂シートの何れか、または、これらの樹脂シートのうちで異なる２種類以上のシートを組み合わせて積層させたシートであり、前記インサート成形用金型は、雌型と雄型の接触面に垂直な向きに、製品部分に対置するように施されたゲートの先端の樹脂注入口から続く肉盛部用樹脂流路の断面積が、ゲートの近傍から製品部にかけて漸増するようにし、且つ、前記肉盛部用樹脂流路の体積と、該樹脂流路の製品部側断面を底面として製品部厚みを高さとした柱の体積との和が、製品部全体積の４％以上となるようにしたことを特徴とするインサート成形用金型である。
また本発明の請求項２に係る発明は、水平に動作する一対の金型に、予め前記金型の内面に沿った形状に予備成形した表面シートを設置し、型締めした後、前記表面シートと前記金型とで形成される金型内のキャビティに溶融した樹脂を射出させることにより、前記表面シートと前記樹脂とが一体化した成形物を得る加飾成形物の製造方法において、前記表面シートは、少なくとも加熱下で展延性を有する熱硬化性樹脂シート、光硬化性樹脂シート、電子線硬化性樹脂シートの何れか、または、これらの樹脂シートのうちで異なる２種類以上のシートを組み合わせて積層させたシートであり、前記インサート成形用金型は、雌型と雄型が接触する面に垂直な向きに、製品部分に対置するように施されたゲートの先端の樹脂注入口から続く樹脂流路の断面積が、ゲートの近傍から製品部にかけて漸増するようにし、且つ、前記肉盛部用樹脂流路の体積と、該樹脂流路の製品部側断面を底面として製品部厚みを高さとした柱の体積との和が、製品部全体積の４％以上となるようにしたことを特徴とするインサート成形用金型を用いることを特徴とする加飾成形物の製造方法である。
次に本発明の請求項３に係る発明は、前記ゲートの数が少なくとも２本であり、且つ請求項１に係るインサート成形用金型を使用して射出成形して成形物を得ることを特徴とする請求項２記載の加飾成形物の製造方法である。
また本発明の請求項４に係る発明は、前記熱硬化性樹脂シートとして、反応性アクリル樹脂とブロックイソシアネートを主成分とする未硬化または半硬化状態のシートを使用することを特徴とする請求項２または３に記載の加飾成形物の製造方法である。
また本発明の請求項５に係る発明は、前記光硬化性樹脂シートとして、熱可塑性樹脂と二重結合を有するモノマーと、光開始剤とを主成分とする未硬化または半硬化状態のシートを使用することを特徴とする請求項２または３に記載の加飾成形物の製造方法である。
また本発明の請求項６に係る発明は、前記電子線硬化性樹脂シートとして、熱可塑性樹脂と二重結合を有するモノマーとを主成分とする未硬化または半硬化状態のシートを使用することを特徴とする請求項２または３に記載の加飾成形物の製造方法である。
本発明のインサート成形用金型および成形物の製造方法は、ゲートから流入する溶融樹脂が、円錐形状の流路を通過して断面積を漸増させながら製品部に流入するため、表面シートに加えられるせん断応力負荷を低減させることができるため、表面シートが溶融することなく、成形物本体の外表面に被覆され、表面シート本来の意匠性、加飾性、保護性を維持した状態で、意匠成形物、加飾成形物、表面保護成形物を製造することができるものである。
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１に示すように、本発明のインサート成形金型は、雌型１と、雌型１に対向する位置にある樹脂注入口６を有する雄型２とを備える。雌型１および雄型２は、成形物を形成するためのそ
れぞれキャビティ形成面８、９を備え、それによりキャビティ１０が構成される。雄型２には、溶融樹脂をキャビティ１０に導くためのスプルー３が形成されており、該スプルー３の先端は、図示するようにそれぞれランナー４、４にて２本に分岐し、それぞれランナー４と、該ランナー４に対して略垂直方向へのゲート５へと通じている。前記キャビティ１０を形成する雄型キャビティ形成面９においては、それぞれ前記ゲート５、５の先端部の樹脂注入口６から肉盛部用樹脂流路７に通じている。
れぞれキャビティ形成面８、９を備え、それによりキャビティ１０が構成される。雄型２には、溶融樹脂をキャビティ１０に導くためのスプルー３が形成されており、該スプルー３の先端は、図示するようにそれぞれランナー４、４にて２本に分岐し、それぞれランナー４と、該ランナー４に対して略垂直方向へのゲート５へと通じている。前記キャビティ１０を形成する雄型キャビティ形成面９においては、それぞれ前記ゲート５、５の先端部の樹脂注入口６から肉盛部用樹脂流路７に通じている。
図２は、図１のインサート成形金型に表面シート１２（意匠シート、加飾シート、保護シート）を装填した状態を示している。図３は、図１に示したインサート成形用金型を用いて製造した成形物の断面図、図４は、その成形物の斜視図である。なお、本発明においては、表面シート１２としては、そのシート表面に意匠性機能のある意匠シート、装飾性機能のある装飾シート、成形物の表面を外部からの応力や衝撃、環境から保護する保護機能のある保護シートであってもよい。
本発明においては、図３に示すように、上記インサート成形用金型を用いて成形製造した成形物の製品部１３面（平坦面）に肉盛部用樹脂流路７により形成される成形物肉盛部１４の体積と、該成形物肉盛部１４の製品部側断面を底面として製品部厚みを高さとした柱の体積との和が、製品部１５の体積の４％以上になるようにする。また、このように成形物肉盛部１４の形状を、樹脂の流れ方向に向かって肉盛部用樹脂流路７の径が増大する形状にすることにより、該樹脂流路７を流れる溶融樹脂のせん断応力を低減し、且つシート１２に加わる熱を分散させることが可能となる。
図１、図２に示す肉盛部用樹脂流路７の図面に対して垂直方向の断面形状としては、例えば円形、楕円形や四角形などがあるが、その断面形状は、特に限定されるものではない。
本発明において、ゲート５を少なくとも２本にすることにより、ゲート１本あたりについて、ゲート近傍の表面シート１２及びそのシート面に加わるせん断応力を軽減でき、表面シート１２の表面意匠の損傷をより低減することが可能となる。
本発明において、表面シート１２としては少なくとも加熱下で展延性を有するフィルムで構成されていることが望ましい。例えば、熱可塑性樹脂シート、熱硬化性樹脂シート、光硬化性樹脂シート、電子線硬化性樹脂シート、および上記シートのうちで異なる２種類以上のシートを組み合わせて積層させたシート、上記シートに印刷層を設けたシート１２などが使用できる。
前記表面シート１２に採用する熱可塑性樹脂シートとしては、具体的には、ポリスチレン樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、オレフィン系樹脂、ＡＢＳ樹脂などを主成分とするシートを使用できる。
前記表面シート１２に採用する熱硬化性樹脂シートとしては、具体的には、反応性アクリル樹脂とブロックイソシアネートを主成分とする未硬化または半硬化状態のシート等を使用できる。
前記表面シート１２に採用する光硬化性樹脂シートとしては、具体的には、熱可塑性樹脂と二重結合を有するモノマーと、光開始剤とを主成分とする未硬化または半硬化状態のシート等を使用できる。
前記表面シート１２に採用する電子線硬化性樹脂シートとしては、具体的には、熱可塑性樹脂と二重結合を有するモノマーとを主成分とする未硬化または半硬化状態のシート等
を使用できる。
を使用できる。
表面シート１２としてオレフィン系樹脂を使用すると、エンボスなどの加工が容易でかつ、高い意匠性を発揮させることができる。
本発明に使用される成形用樹脂としては、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリエステル系樹脂、オレフィン系樹脂などの熱可塑性樹脂、あるいはこれらにガラス繊維などの充填剤を添加したもの等を挙げることができる。
本発明における成形物の製造方法の一例を以下に説明すれば、図１、図２に示す雌型１の雌型キャビティ形成面８に、該キャビティ形成面８に沿うように予備成形された表面シート１２を保持して、吸引回路１１（吸引エア流路）から脱気することにより、表面シート１２を雌型キャビティ形成面８に密着させる。
次に雌型１と雄型２とがパーティングラインＬにて当接して型締めされた後、スプルー３から、その先端のそれぞれランナー４、４、該ランナー４に対して略垂直方向へのゲート５を通り、その先端部の樹脂注入口６、６から、２４０〜２８０℃の溶融樹脂がキャビティ１０内に射出され、該溶融樹脂が冷却固化した後、雌型１と雄型２とが型開きして、表面シート１２と一体成形された成形物を取り出す。以上のようにして、表面シート１２へのダメージのない、意匠性、装飾性、表面保護性のある成形物を製造することが可能となる。
＜実施例１＞
次に本発明の実施例について更に詳しく説明する。
ポリプロピレンを基材とした加飾シート１２（表面シート）を１００℃に加熱して、真空圧空成形により、予め雌型１と雄型２により形成されるキャビティ１０のキャビティ形成面８（又はキャビティ形成面８及び９）に沿う形状に予備成形した。図１に示すインサート成形金型において予備成形した加飾シート１２を７０℃の雌型１に保持し、吸引回路１１により加飾シート１２を雌型１のキャビティ形成面８に密着させ、雌型１と雄型２とを型締め後、２５０℃にて溶融させたポリカーボネート・アクリロニトリルブタジエンスチレンアロイ樹脂を射出率１６０ｃｍ3/sで射出して、加飾成形物のプラスチック製品を得た。製品部表面の加飾シート１２の外観は意匠の損傷がなく良好であった。
次に本発明の実施例について更に詳しく説明する。
ポリプロピレンを基材とした加飾シート１２（表面シート）を１００℃に加熱して、真空圧空成形により、予め雌型１と雄型２により形成されるキャビティ１０のキャビティ形成面８（又はキャビティ形成面８及び９）に沿う形状に予備成形した。図１に示すインサート成形金型において予備成形した加飾シート１２を７０℃の雌型１に保持し、吸引回路１１により加飾シート１２を雌型１のキャビティ形成面８に密着させ、雌型１と雄型２とを型締め後、２５０℃にて溶融させたポリカーボネート・アクリロニトリルブタジエンスチレンアロイ樹脂を射出率１６０ｃｍ3/sで射出して、加飾成形物のプラスチック製品を得た。製品部表面の加飾シート１２の外観は意匠の損傷がなく良好であった。
＜比較例１＞
次に比較例について説明すれば、成形物を成形する金型として、実施例１にて使用した雌型１と雄型２による金型以外の従来の金型を用いて、実施例と同一の加飾シート（表面シート）、同一射出樹脂材料、同一成形工程、同一成形条件にて加飾成形を行った。樹脂流路と製品部との連結部において溶融樹脂の熱と、せん断応力により加飾シートが溶融し、意匠が損傷を受けて不良となった。また射出率は１６０cm3/sより小さくすればするほど、加飾シートに溶融樹脂が触れている時間が長くなり、加飾シートに供給される熱量が増加するために、意匠の損傷度は増大した。図５は、比較例１にて成形された成形物の斜視図であり、１５は成形物のタグ部、１６はその成形物の樹脂注入口部である。
次に比較例について説明すれば、成形物を成形する金型として、実施例１にて使用した雌型１と雄型２による金型以外の従来の金型を用いて、実施例と同一の加飾シート（表面シート）、同一射出樹脂材料、同一成形工程、同一成形条件にて加飾成形を行った。樹脂流路と製品部との連結部において溶融樹脂の熱と、せん断応力により加飾シートが溶融し、意匠が損傷を受けて不良となった。また射出率は１６０cm3/sより小さくすればするほど、加飾シートに溶融樹脂が触れている時間が長くなり、加飾シートに供給される熱量が増加するために、意匠の損傷度は増大した。図５は、比較例１にて成形された成形物の斜視図であり、１５は成形物のタグ部、１６はその成形物の樹脂注入口部である。
１…雌型
２…雄型
３…スプルー
４…ランナー
５…ゲート
６…樹脂注入口
７…肉盛部用樹脂流路
８…雌型キャビティ形成面
９…雄型キャビティ形成面
１０…キャビティ
１１…吸引回路
１２…表面シート（加飾シート、意匠シート、保護シート）
１３…成形物製品部
１４…成形物肉盛部
１５…成形物のタグ部
１６…成形物の樹脂注入口部
Ｌ…パーティングライン
２…雄型
３…スプルー
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５…ゲート
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８…雌型キャビティ形成面
９…雄型キャビティ形成面
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１２…表面シート（加飾シート、意匠シート、保護シート）
１３…成形物製品部
１４…成形物肉盛部
１５…成形物のタグ部
１６…成形物の樹脂注入口部
Ｌ…パーティングライン
Claims (6)
- 水平に動作する一対の金型に、予め前記金型の内面に沿った形状に予備成形した表面シートを設置し、型締めした後、前記表面シートと前記金型とで形成される金型内のキャビティに溶融した樹脂を射出させることにより、前記表面シートと前記樹脂とが一体化した成形物を得る加飾成形物の製造に用いるインサート成形用金型において、前記表面シートは、少なくとも加熱下で展延性を有する熱硬化性樹脂シート、光硬化性樹脂シート、電子線硬化性樹脂シートの何れか、または、これらの樹脂シートのうちで異なる２種類以上のシートを組み合わせて積層させたシートであり、前記インサート成形用金型は、雌型と雄型の接触面に垂直な向きに、製品部分に対置するように施されたゲートの先端の樹脂注入口から続く肉盛部用樹脂流路の断面積が、ゲートの近傍から製品部にかけて漸増するようにし、且つ、前記肉盛部用樹脂流路の体積と、該樹脂流路の製品部側断面を底面として製品部厚みを高さとした柱の体積との和が、製品部全体積の４％以上となるようにしたことを特徴とするインサート成形用金型。
- 水平に動作する一対の金型に、予め前記金型の内面に沿った形状に予備成形した表面シートを設置し、型締めした後、前記表面シートと前記金型とで形成される金型内のキャビティに溶融した樹脂を射出させることにより、前記表面シートと前記樹脂とが一体化した成形物を得る加飾成形物の製造方法において、前記表面シートは、少なくとも加熱下で展延性を有する熱硬化性樹脂シート、光硬化性樹脂シート、電子線硬化性樹脂シートの何れか、または、これらの樹脂シートのうちで異なる２種類以上のシートを組み合わせて積層させたシートであり、前記インサート成形用金型は、雌型と雄型が接触する面に垂直な向きに、製品部分に対置するように施されたゲートの先端の樹脂注入口から続く樹脂流路の断面積が、ゲートの近傍から製品部にかけて漸増するようにし、且つ、前記肉盛部用樹脂流路の体積と、該樹脂流路の製品部側断面を底面として製品部厚みを高さとした柱の体積との和が、製品部全体積の４％以上となるようにしたことを特徴とするインサート成形用金型を用いることを特徴とする加飾成形物の製造方法。
- 前記ゲートの数が少なくとも２本であり、且つ請求項１に係るインサート成形用金型を使用して射出成形して成形物を得ることを特徴とする請求項２記載の加飾成形物の製造方法。
- 前記熱硬化性樹脂シートとして、反応性アクリル樹脂とブロックイソシアネートを主成分とする未硬化または半硬化状態のシートを使用することを特徴とする請求項２または３に記載の加飾成形物の製造方法。
- 前記光硬化性樹脂シートとして、熱可塑性樹脂と二重結合を有するモノマーと、光開始剤とを主成分とする未硬化または半硬化状態のシートを使用することを特徴とする請求項２または３に記載の加飾成形物の製造方法。
- 前記電子線硬化性樹脂シートとして、熱可塑性樹脂と二重結合を有するモノマーとを主成分とする未硬化または半硬化状態のシートを使用することを特徴とする請求項２または３に記載の加飾成形物の製造方法。
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